National Technical University of Athens Mechanical Engineers Department of Bioengineering
Ευχαριστώ πολύ όλα τα μέλη του lab που ήταν πάντα πρόθυμα να βοηθήσουν, και ειδικά τον Νίκο Καβαλόπουλο για τις συμβουλές του και την βοήθεια που μου προσέφερε.
Τι έιναι το pH ;
Το pH είναι ένας εύχρηστος τρόπος έκφρασης της συγκέντρωσης των ιόντων υδρογόνου πιο σωστά των κατιόντων υδροξωνίου (H3O+) σε ένα υδατικό διάλυμα.
Πιο συγκεκριμένα, με "pH" συμβολίζεται ο αρνητικός δεκαδικός λογάριθμος της συγκέντρωσης των ιόντων υδροξωνίου στο διάλυμα. Δηλαδή: pH= - log[H+] Ποιά η σημασία του ;
Σε βιολογικό επίπεδο η σημασία του pH είναι μεγάλη, μιας και αυτό καθορίζει την ενεργοποίηση των ενζύμων πέψης, τα οποία εξαρτώνται από ένα όξινο pH(=2) και για τιμές μεγαλύτερες από αυτό απενεργοποιούνται.
Γι' αυτό το λόγο τα τρόφιμα που πιο πολύ απαιτούν συνεχή έλεγχο είναι αυτά που εμπλέκουν αντιδράσεις ενζύμων : ψωμί, λικέρ, μπύρα, γαλακτοκομικά προϊόντα κ.ά. Το ανάλογο pH είναι καθοριστικό για το τελικό προϊόν. Από αυτό εξαρτάται και η γεύση και η υγιεινή. (π.χ. Το pH του νωπού γάλακτος είναι μεταξύ 6,50 και 6,75. Η πήξη όταν φτιάχνουμε τυρί αρχίζει σε pH μικρότερο από 5,2. Η φέτα έχει pH 4,5. )
Στις βιομηχανίες φαρμάκων και καλλυντικών, το pH μετριέται για τον έλεγχο χημικών αντιδράσεων κατά την παραγωγή. Η ταχύτητα της αντίδρασης εξαρτάται από το pH του διαλύματος, οπότε γνωρίζοντας το pH είμαστε σε θέση να ξέρουμε και πότε τελειώνει η αντίδραση. Για παράδειγμα στην παραγωγή αντιβιοτικών, πρέπει να ελέγχουμε το pH στη ζύμωση ώστε να διατηρείται η υψηλή απόδοση και οι αντιβακτηριακές ιδιότητες. Το pH στα καλλυντικά και τα φάρμακα δεν πρέπει να διαφέρει με αυτό του δέρματος. Ένα φάρμακο με λάθος pHμπορεί να είναι δηλητήριο.
Ιατρικά κέντρα μετρούν το pH για τη ρύθμιση των αντιδρώντων. Επίσης το pH από σωματικά υγρά όπως το αίμα, γαστρικά υγρά, ούρα για ιατρικές έρευνες, τεστ και αγωγή. Ερευνητές ανακάλυψαν ότι το pH στο στόμα αρχίζει να ελαττώνεται πέντε λεπτά μετά την κατανάλωση τροφής και μόλις πέσει κάτω απ'το 2.5 αρχίζει να διαλύει το σμάλτο των δοντιών.
Η λειτουργία ορισμένων αντισυλληπτικών είναι να διαταράσσουν το pH του κόλπου προκαλώντας την καταστροφή των σπερματοζωαρίων.
Στους ζωντανούς οργανισμούς παράγονται συνεχώς όξινες οργανικές ουσίες που είναι τελικά προϊόντα των μεταβολικών αντιδράσεων. Η συντήρηση του pH σε έσω και εξωκυτταρικά υγρά είναι καθοριστικό, μιας και επηρεάζει άμεσα τη βιολογική δραστηριότητα των πρωτεϊνών, ορμονών, την ταξινόμηση των ιόντων στη μεμβράνη κ.α.
Στον ανθρώπινο οργανισμό τα συμβατά όρια με τη ζωή είναι μεταξύ 6,7,8 με τις φυσιολογικές τιμές να είναι 7.35-7.45 . Αυτή την ισορροπία πρέπει να τη διατηρούμε και στο εργαστήριο.
Σε ένα όξινο περιβάλλον στον οργανισμό μας ευνοούνται οι ιοί και σε ένα βασικό μεγαλώνουν τα βακτήρια.
Τα ρυθμιστικά διαλύματα που ρυθμίζουν το pH στο σώμα μας είναι: το φωσφορικό, το ανθρακικό οξύ και η αιμοσφαιρίνη. Τέτοιες διαδικασίες γίνονται στα νεφρά και στους πνεύμονες.
Επίσης εφαρμόζεται αυστηρός έλεγχος σε πολλούς άλλους τομείς.
Υφάσματα και βαφές. (Συνθετικά υλικά)
Χαρτί και χαρτομάζα: pH για τον έλεγχο της ποιότητας για την αντοχή και την απορροφητικότητα του χαρτιού με τα ελάχιστα χημικά.
Σε όλες τις χημικές αντιδράσεις και στην παραγωγή χημικών προϊόντων: πλαστικά, ηλεκτρονικά βιομηχανικά υλικά όπως ημιαγωγοί, τσιμέντο, γυαλί. Διεργασίες πολυμερισμού και συμπύκνωσης στα πλαστικά.
Διύλιση πετρελαίου.
Ηλεκτρισμός και Ηλεκτροχημεία.
Εκτύπωση.
Περιβαλλοντική μόλυνση. Το επίπεδο μολύνσεως των υδάτων καθορίζεται από το pH.
Σε εγκληματικές πράξεις, μπορεί να υπολογιστεί η ώρα θανάτου του θύματος με βάση το pH.
Στα διάφορα μαγαζιά και εμπορικά κέντρα για έλεγχο ποιότητας ( π.χ. ποιότητα υφασμάτων σε ρούχα, πόσο φρέσκο είναι το φαγητό)
Η φυσιολογία των φυτών εξαρτάται και αυτή από το pH. Κυρίως μας ενδιαφέρει για την αναπαραγωγή και την μελέτη του χρώματος των ανθών.
Σημαντικό για τον έλεγχο στο νερό των κολυμβητηρίων
Επίσης στα γήπεδα golf γίνεται συνεχής έλεγχος για να διατηρείται το γρασίδι λαμπερό και ομοιόμορφο.
Φωτογραφικά εργαστήρια .
Η τιμή του pH του εδάφους είναι μία παράμετρος που θα πρέπει να λαμβάνουν σοβαρά υπόψη οι καλλιεργητές και οι κηπουροί. Είναι σημαντικό για την καλλιέργεια λαχανικών και φρούτων, αλλά και για κήπο με λουλούδια.
Πολλά φυτά και οργανισμοί που ζουν στο έδαφος έχουν προτίμηση για αλκαλικό ή όξινο έδαφος. Γνωρίζοντας το pH του εδάφους που πρόκειται να καλλιεργήσετε, μπορείτε να επιλέξετε τα φυτά που έχουν περισσότερες πιθανότητες να ευδοκιμήσουν σε αυτό.
Οι ασθένειες που πλήττουν τα φυτά, έχουν τη τάση να ευημερούν σε εδάφη με συγκεκριμένες τιμές pH.
Η τιμή του pH του εδάφους, μαρτυρά το είδος των θρεπτικών συστατικών που υπάρχουν στο έδαφος.
Anecdotes About pH
Stomach Digesting Stomach? Barbecue and beer is such a nice combination, but if a stomach can digest meat, what keeps it from digesting itself? The human stomach uses hydrochloric acid and enzymes such as pepsin to break down and digest proteins that have entered the stomach. Gastric mucus, besides providing lubrication, lines the stomach wall and protects it from being digested by the stomach's own gastric juices. The pH in our stomachs is usually around 2. If this pH is too low (strongly acidic), the stomach wall does become vulnerable. The health of our stomachs depends on pH.
Horses Run on Grass
There is a saying in England, home of thoroughbreds, "Horses run on grass," meaning high-quality grass is required in raising good thoroughbreds.The soil in Japan has acidity of pH 4.2-5.5, with a much lower content of calcium, phosphates and magnesium than that in England, where soil pH runs up to 6.5 or 7. So, wild grass in Japan is not conducive to raising horse with strong bones. Efforts have been continuously made to weaken the acidity of the soil by adding magnesium oxide lime and calcium carbonate.A thoroughbred born and raised in Japan may win a derby championship in England yet.
To Your Health! Viva, Alkaline!!
People are becoming more health-conscious. Healthy foods are very popular these days. By the way, many people misunderstand "acid food, alkaline food." This word does not refer to the pH of the food itself but to the pH of the food when absorbed by the body. For example, let's talk about lemons. The lemon itself is is quite acidic. However, it is called an alkaline food. Human bodies are most healthy when mildly alkaline.Therefore, we should eat not only acid foods such as meat and fish but also alkaline foods: FRUITS AND VEGETABLES !
Is the Rain in Our Cities Acidic?
Have you ever experienced eye discomfort or holes in your pantyhose when it rained? You have acid rain to thank. Or, more accurately, its cause: SO2 and NOx belched out by factories and motor vehicles combine with water to form the sulfuric and nitric acid in acid rain. The pH of rain falling on the countryside with clean air will be around 6--mild acidity. However, in big cities, the pH of rain, especially when it first starts to fall, can run as high as 4.
Are Hydrangeas Nature's Litmus Paper?
As you know, the hydrangea is a flower of striking color variety--white, blue or pink. Did you know this color variation was related to the pH of the soil ? It is said that acid soil with a pH of 4.5 to 5 yields bright blue hydrangeas, but the color becomes close to red as the acidity becomes weak. Colorwise, this is just the opposite of litmus paper. You might call hydrangeas nature's litmus paper. And they're a lot nicer to look at than store-bought litmus paper !
Πώς μετριέται ;
Οι βασικοί τρόποι με τους οποίους μπορεί να μετρηθεί το pH ενός διαλύματος είναι οι εξής:
1. Σε ορισμένες περιπτώσεις χρησιμοποιείται πεχαμετρικό χαρτί, δηλαδή ειδικό χαρτί διαποτισμένο με μίγμα δεικτών. Το πεχαμετρικό χαρτί εισάγεται στο υπό μελέτη διάλυμα, οπότε ανάλογα με το pH αποκτά συγκεκριμένο χρώμα. Η σύγκριση του χρώματος αυτού με ειδικούς χρωματικούς πίνακες οδηγεί σε μια καλή προσέγγιση για το pH του διαλύματος.
2. Με τη χρήση ενός πεχάμετρου. Το πεχάμετρο είναι μία ειδική συσκευή που χρησιμοποιεί την αρχή της ποτενσιομετρικής μέτρησης του pH (ηλεκτρομετρική μέθοδος). Το πεχάμετρο βοηθά στην περίπτωση που απαιτείται ιδιαίτερη ακρίβεια στη μέτρηση του pH.
3. Σε ένα πολύ ενδιαφέρον paper (Dynamic pH mapping in microfluidic devices by integrating adaptive coatings based on polyaniline with colorimetric imaging techniques†Larisa Florea, Cormac Fay, Emer Lahiff, Thomas Phelan, Noel E. O’Connor, Brian Corcoran, Dermot Diamond and Fernando Benito-Lopez*) παρουσιάζεται ένα microfluidic device το οποίο έχει ενσωματωμένο οπτικό αισθητήρα βασισμένο στην polyaniline η οποία αλλάζει χρώμα για ένα μεγάλο εύρος pH. Οι αλλαγές του pH κατά μήκος των καναλιών μπορούν πλέον να ανιχνεύονται με μεθόδους imaging (σπεκτροφωτόμετρο) σε real time χωρίς την εισαγωγή αντιδρώντων στο δείγμα. Το θετικό είναι ότι μπορεί να πραγματοποιείται αυτός ο έλεγχος με μία απλή κάμερα κινητού. Τα devices αυτά είναι επαναχρησιμοποιούμενα ακόμη και αν έχουν εισαχθεί ουσίες όπως ΗCl (pH=2).
Τα πλεονεκτήματα σε σχέση με το συμβατικό πεχάμετρο είναι το χαμηλό τους κόστος και η απουσία κάθε ηλεκρτρομαγνητικού πεδίου.
4. Με τη χρήση δεικτών. Προσθέτοντας ένα δείκτη οξέος-βάσης στο διάλυμα. Οι δείκτες οξέος-βάσης (ονομάζονται και 'ηλεκτρολυτικοί' ή 'πρωτολυτικοί' δείκτες) είναι ουσίες των οποίων το χρώμα αλλάζει ανάλογα με το pH του διαλύματος στο οποίο προστίθενται.
Οι δείκτες είναι συνήθως ασθενή οργανικά οξέα ή βάσεις των οποίων τα μόρια έχουν διαφορετικό χρώμα από τα αντίστοιχα ιόντα στα οποία έχουν ιοντιστεί. Σε κάθε διάλυμα οξέος ισχύει: πλήθος Η+(aq) > πλήθος ΟΗ-(aq)
Η πρώτη ιδέα.
Η ιδέα ήταν να δημιουργήσουμε ένα τσιπάκι στο οποίο θα εισάγεις το δείγμα σου και θα προσδιορίζεις με ακρίβεια το pH, με γυμνό μάτι.
Η πρώτη δοκιμή έγινε με το δείκτη φαινολοφθαλεΐνη. Είναι άχρωμος όταν βρίσκεται μέσα σε διάλυμα με pH μικρότερο του 8,2 και κόκκινος (φούξια) όταν το διάλυμα έχει pH μεγαλύτερο του 8,2.
Για να παρασκευάσουμε το δείκτη χρησιμοποιήσαμε φαινολοφθαλεΐνη σε σκόνη 0.5g, 50 ml οινόπνευμα και 50 ml αφιονισμένο νερό. Η χρήση ενός μόνο δείκτη έχει περιορισμένες δυνατότητες, όσον αφορά την ακρίβεια στη μέτρηση του pH. Παρόλα αυτά, η χρήση περισσοτέρων δεικτών (ή ενός δείκτη σε συνδυασμό με άλλες μεθόδους) μπορεί να οδηγήσει σε ιδιαίτερα ακριβείς μετρήσεις, γι'αυτό και ο αρχικός σκοπός ήταν η τοποθέτηση 5 δεικτών στους 5 θαλάμους του τσίπ και στη συνέχεια η εισαγωγή της ουσίας που μας ενδιαφέρει. Δυστυχώς πέρα από την φαινολοφθαλεΐνη δεν έγινε εφικτή η εύρεση άλλων δεικτών, άμεσα έπρεπε να βρούμε μία λύση. Η φύση μας έδωσε τη σωτήρια λύση: το κόκκινο λάχανο.
Τελική ιδέα.
Αυτό που κάναμε τελικά ήταν να τοποθετήσουμε τις διάφορες ουσίες τριγύρω και τέλος να εισάγουμε το δείκτη κόκκινο λάχανο.
Η διαδικασία έγινε για δύο τσιπάκια, το ένα με βάθος κοπής 200μm και το άλλο με 150μm με αντίστοιχους όγκους σε κάθε θάλαμο 3.42mm^3 και 2.57mm^3 (0.003 mL=3μL). Η χάραξη και η κοπή έγινε με το λέιζερ του εργαστηρίου.
Και τα αντίστοιχα σχέδια στο solidworks:
Μετά την κοπή τα τεμάχια καθαρίστηκαν σε αυτή τη συσκευή που λειτουργεί με υπερήχους (sonicator)
:
Μετά το πείραμα και στις δύο περιπτώσεις μπορούσε να γίνει διάκριση των χρωμάτων με γυμνό μάτι.
Οι ουσίες που χρησιμοποιήσαμε είναι : χυμός λεμονιού, ξύδι, μαγειρική σόδα, σαπουνόνερο και καυστικό νάτριο ΝαΟΗ.
Τελικά πραγματοποιήσαμε τη διαδικασία χειροκίνητα. Με μία πιπέτα (2-20μL) γεμίσαμε τους θαλάμους με τα διαλύματα προς μελέτη και με μία σύριγγα εισάγαμε το δείκτη από τον κεντρικό θάλαμο.
Πλεονεκτήματα
Το βασικό τους πλεονέκτημα είναι προφανώς το μικροσκοπικό τους μέγεθος που τα κάνει να «προσεγγίζουν» μέχρι πρότινος απρόσιτα σημεία.
Το κύριο χαρακτηριστικό των συσκευών αυτών είναι ότι ενσωματώνουν μια ή περισσότερες λειτουργίες, που κανονικά γίνονται σε περιβάλλον εργαστηρίου, επάνω σε μια επίπεδη συσκευή πολύ μικρών διαστάσεων (chip). Οι συσκευές αυτές μάλιστα συχνά διαχειρίζονται μικροσκοπικές ροές ρευστών.
2013-2014
Μέτρηση pH με την κατασκευή μικροτσίπ.
Ισαβέλλα Κούστα
(isabella.koustas@gmail.com)
LinkedinNational Technical University of Athens
Mechanical Engineers
Department of Bioengineering
Ευχαριστώ πολύ όλα τα μέλη του lab που ήταν πάντα πρόθυμα να βοηθήσουν, και ειδικά τον Νίκο Καβαλόπουλο για τις συμβουλές του και την βοήθεια που μου προσέφερε.
Τι έιναι το pH ;
Το pH είναι ένας εύχρηστος τρόπος έκφρασης της συγκέντρωσης των ιόντων υδρογόνου πιο σωστά των κατιόντων υδροξωνίου (H3O+) σε ένα υδατικό διάλυμα.
Πιο συγκεκριμένα, με "pH" συμβολίζεται ο αρνητικός δεκαδικός λογάριθμος της συγκέντρωσης των ιόντων υδροξωνίου στο διάλυμα. Δηλαδή:
pH= - l
Ποιά η σημασία του ;
Σε βιολογικό επίπεδο η σημασία του pH είναι μεγάλη, μιας και αυτό καθορίζει την ενεργοποίηση των ενζύμων πέψης, τα οποία εξαρτώνται από ένα όξινο pH(=2) και για τιμές μεγαλύτερες από αυτό απενεργοποιούνται.
Γι' αυτό το λόγο τα τρόφιμα που πιο πολύ απαιτούν συνεχή έλεγχο είναι αυτά που εμπλέκουν αντιδράσεις ενζύμων : ψωμί, λικέρ, μπύρα, γαλακτοκομικά προϊόντα κ.ά. Το ανάλογο pH είναι καθοριστικό για το τελικό προϊόν. Από αυτό εξαρτάται και η γεύση και η υγιεινή. (π.χ. Το pH του νωπού γάλακτος είναι μεταξύ 6,50 και 6,75. Η πήξη όταν φτιάχνουμε τυρί αρχίζει σε pH μικρότερο από 5,2. Η φέτα έχει pH 4,5. )
Στις βιομηχανίες φαρμάκων και καλλυντικών, το pH μετριέται για τον έλεγχο χημικών αντιδράσεων κατά την παραγωγή. Η ταχύτητα της αντίδρασης εξαρτάται από το pH του διαλύματος, οπότε γνωρίζοντας το pH είμαστε σε θέση να ξέρουμε και πότε τελειώνει η αντίδραση. Για παράδειγμα στην παραγωγή αντιβιοτικών, πρέπει να ελέγχουμε το pH στη ζύμωση ώστε να διατηρείται η υψηλή απόδοση και οι αντιβακτηριακές ιδιότητες. Το pH στα καλλυντικά και τα φάρμακα δεν πρέπει να διαφέρει με αυτό του δέρματος. Ένα φάρμακο με λάθος pHμπορεί να είναι δηλητήριο.
Ιατρικά κέντρα μετρούν το pH για τη ρύθμιση των αντιδρώντων. Επίσης το pH από σωματικά υγρά όπως το αίμα, γαστρικά υγρά, ούρα για ιατρικές έρευνες, τεστ και αγωγή. Ερευνητές ανακάλυψαν ότι το pH στο στόμα αρχίζει να ελαττώνεται πέντε λεπτά μετά την κατανάλωση τροφής και μόλις πέσει κάτω απ'το 2.5 αρχίζει να διαλύει το σμάλτο των δοντιών.
The Living Body and pH
Gastric Juices (1.5-2.0)
Skin (4.5-6.0)
Vaginal Fluid (4.4.-5.6)
Duodenal Juices (5.0) δωδεκαδάκτυλος
Urine (4.8-8.0)
Saliva (5.0-7.5)
Purulent Fluid (6.0-6.8) πύον
Perspiration (7.0-8.0) ιδρώτας
Tears (7.2)
Cerebral Fluid (7.3-7.5)
Breast Milk (6.6-6.9)
Blood (7.40±0.05)
Uterine Fluid (8.0-8.8) μήτρα
Semen (8.9-9.5)
Η λειτουργία ορισμένων αντισυλληπτικών είναι να διαταράσσουν το pH του κόλπου προκαλώντας την καταστροφή των σπερματοζωαρίων.
Στους ζωντανούς οργανισμούς παράγονται συνεχώς όξινες οργανικές ουσίες που είναι τελικά προϊόντα των μεταβολικών αντιδράσεων. Η συντήρηση του pH σε έσω και εξωκυτταρικά υγρά είναι καθοριστικό, μιας και επηρεάζει άμεσα τη βιολογική δραστηριότητα των πρωτεϊνών, ορμονών, την ταξινόμηση των ιόντων στη μεμβράνη κ.α.
Στον ανθρώπινο οργανισμό τα συμβατά όρια με τη ζωή είναι μεταξύ 6,7,8 με τις φυσιολογικές τιμές να είναι 7.35-7.45 . Αυτή την ισορροπία πρέπει να τη διατηρούμε και στο εργαστήριο.
Σε ένα όξινο περιβάλλον στον οργανισμό μας ευνοούνται οι ιοί και σε ένα βασικό μεγαλώνουν τα βακτήρια.
Τα ρυθμιστικά διαλύματα που ρυθμίζουν το pH στο σώμα μας είναι: το φωσφορικό, το ανθρακικό οξύ και η αιμοσφαιρίνη. Τέτοιες διαδικασίες γίνονται στα νεφρά και στους πνεύμονες.
Επίσης εφαρμόζεται αυστηρός έλεγχος σε πολλούς άλλους τομείς.
- Υφάσματα και βαφές. (Συνθετικά υλικά)
- Χαρτί και χαρτομάζα: pH για τον έλεγχο της ποιότητας για την αντοχή και την απορροφητικότητα του χαρτιού με τα ελάχιστα χημικά.
- Σε όλες τις χημικές αντιδράσεις και στην παραγωγή χημικών προϊόντων: πλαστικά, ηλεκτρονικά βιομηχανικά υλικά όπως ημιαγωγοί, τσιμέντο, γυαλί. Διεργασίες πολυμερισμού και συμπύκνωσης στα πλαστικά.
- Διύλιση πετρελαίου.
- Ηλεκτρισμός και Ηλεκτροχημεία.
- Εκτύπωση.
- Περιβαλλοντική μόλυνση. Το επίπεδο μολύνσεως των υδάτων καθορίζεται από το pH.
- Βιομηχανία παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος, φυσικό αέριο.
- Ύδρευση και Αποχέτευση.
Και κάποια άλλα παραδείγματα.Η τιμή του pH του εδάφους είναι μία παράμετρος που θα πρέπει να λαμβάνουν σοβαρά υπόψη οι καλλιεργητές και οι κηπουροί. Είναι σημαντικό για την καλλιέργεια λαχανικών και φρούτων, αλλά και για κήπο με λουλούδια.
Πολλά φυτά και οργανισμοί που ζουν στο έδαφος έχουν προτίμηση για αλκαλικό ή όξινο έδαφος. Γνωρίζοντας το pH του εδάφους που πρόκειται να καλλιεργήσετε, μπορείτε να επιλέξετε τα φυτά που έχουν περισσότερες πιθανότητες να ευδοκιμήσουν σε αυτό.
Οι ασθένειες που πλήττουν τα φυτά, έχουν τη τάση να ευημερούν σε εδάφη με συγκεκριμένες τιμές pH.
Η τιμή του pH του εδάφους, μαρτυρά το είδος των θρεπτικών συστατικών που υπάρχουν στο έδαφος.
Anecdotes About pH
Stomach Digesting Stomach?
Barbecue and beer is such a nice combination, but if a stomach can digest meat, what keeps it from digesting itself? The human stomach uses hydrochloric acid and enzymes such as pepsin to break down and digest proteins that have entered the stomach. Gastric mucus, besides providing lubrication, lines the stomach wall and protects it from being digested by the stomach's own gastric juices. The pH in our stomachs is usually around 2. If this pH is too low (strongly acidic), the stomach wall does become vulnerable. The health of our stomachs depends on pH.
Horses Run on Grass
There is a saying in England, home of thoroughbreds, "Horses run on grass," meaning high-quality grass is required in raising good thoroughbreds.The soil in Japan has acidity of pH 4.2-5.5, with a much lower content of calcium, phosphates and magnesium than that in England, where soil pH runs up to 6.5 or 7. So, wild grass in Japan is not conducive to raising horse with strong bones. Efforts have been continuously made to weaken the acidity of the soil by adding magnesium oxide lime and calcium carbonate.A thoroughbred born and raised in Japan may win a derby championship in England yet.
To Your Health! Viva, Alkaline!!
People are becoming more health-conscious. Healthy foods are very popular these days. By the way, many people misunderstand "acid food, alkaline food." This word does not refer to the pH of the food itself but to the pH of the food when absorbed by the body. For example, let's talk about lemons. The lemon itself is is quite acidic. However, it is called an alkaline food. Human bodies are most healthy when mildly alkaline.Therefore, we should eat not only acid foods such as meat and fish but also alkaline foods: FRUITS AND VEGETABLES !
Is the Rain in Our Cities Acidic?
Have you ever experienced eye discomfort or holes in your pantyhose when it rained? You have acid rain to thank. Or, more accurately, its cause: SO2 and NOx belched out by factories and motor vehicles combine with water to form the sulfuric and nitric acid in acid rain. The pH of rain falling on the countryside with clean air will be around 6--mild acidity. However, in big cities, the pH of rain, especially when it first starts to fall, can run as high as 4.
Are Hydrangeas Nature's Litmus Paper?
As you know, the hydrangea is a flower of striking color variety--white, blue or pink. Did you know this color variation was related to the pH of the soil ? It is said that acid soil with a pH of 4.5 to 5 yields bright blue hydrangeas, but the color becomes close to red as the acidity becomes weak. Colorwise, this is just the opposite of litmus paper. You might call hydrangeas nature's litmus paper. And they're a lot nicer to look at than store-bought litmus paper !
Πώς μετριέται ;
Οι βασικοί τρόποι με τους οποίους μπορεί να μετρηθεί το pH ενός διαλύματος είναι οι εξής:
1. Σε ορισμένες περιπτώσεις χρησιμοποιείται πεχαμετρικό χαρτί, δηλαδή ειδικό χαρτί διαποτισμένο με μίγμα δεικτών. Το πεχαμετρικό χαρτί εισάγεται στο υπό μελέτη διάλυμα, οπότε ανάλογα με το pH αποκτά συγκεκριμένο χρώμα. Η σύγκριση του χρώματος αυτού με ειδικούς χρωματικούς πίνακες οδηγεί σε μια καλή προσέγγιση για το pH του διαλύματος.
2. Με τη χρήση ενός πεχάμετρου. Το πεχάμετρο είναι μία ειδική συσκευή που χρησιμοποιεί την αρχή της ποτενσιομετρικής μέτρησης του pH (ηλεκτρομετρική μέθοδος). Το πεχάμετρο βοηθά στην περίπτωση που απαιτείται ιδιαίτερη ακρίβεια στη μέτρηση του pH.
3. Σε ένα πολύ ενδιαφέρον paper (Dynamic pH mapping in microfluidic devices by integrating adaptive
coatings based on polyaniline with colorimetric imaging techniques†Larisa Florea, Cormac Fay, Emer Lahiff, Thomas Phelan, Noel E. O’Connor, Brian Corcoran, Dermot Diamond and Fernando Benito-Lopez*) παρουσιάζεται ένα microfluidic device το οποίο έχει ενσωματωμένο οπτικό αισθητήρα βασισμένο στην polyaniline η οποία αλλάζει χρώμα για ένα μεγάλο εύρος pH. Οι αλλαγές του pH κατά μήκος των καναλιών μπορούν πλέον να ανιχνεύονται με μεθόδους imaging (σπεκτροφωτόμετρο) σε real time χωρίς την εισαγωγή αντιδρώντων στο δείγμα. Το θετικό είναι ότι μπορεί να πραγματοποιείται αυτός ο έλεγχος με μία απλή κάμερα κινητού. Τα devices αυτά είναι επαναχρησιμοποιούμενα ακόμη και αν έχουν εισαχθεί ουσίες όπως ΗCl (pH=2).
Τα πλεονεκτήματα σε σχέση με το συμβατικό πεχάμετρο είναι το χαμηλό τους κόστος και η απουσία κάθε ηλεκρτρομαγνητικού πεδίου.
4. Με τη χρήση δεικτών. Προσθέτοντας ένα δείκτη οξέος-βάσης στο διάλυμα. Οι δείκτες οξέος-βάσης (ονομάζονται και 'ηλεκτρολυτικοί' ή 'πρωτολυτικοί' δείκτες) είναι ουσίες των οποίων το χρώμα αλλάζει ανάλογα με το pH του διαλύματος στο οποίο προστίθενται.
Οι δείκτες είναι συνήθως ασθενή οργανικά οξέα ή βάσεις των οποίων τα μόρια έχουν διαφορετικό χρώμα από τα αντίστοιχα ιόντα στα οποία έχουν ιοντιστεί. Σε κάθε διάλυμα οξέος ισχύει: πλήθος Η+(aq) > πλήθος ΟΗ-(aq)
Η πρώτη ιδέα.
Η ιδέα ήταν να δημιουργήσουμε ένα τσιπάκι στο οποίο θα εισάγεις το δείγμα σου και θα προσδιορίζεις με ακρίβεια το pH, με γυμνό μάτι.
Η πρώτη δοκιμή έγινε με το δείκτη φαινολοφθαλεΐνη. Είναι άχρωμος όταν βρίσκεται μέσα σε διάλυμα με pH μικρότερο του 8,2 και κόκκινος (φούξια) όταν το διάλυμα έχει pH μεγαλύτερο του 8,2.
Για να παρασκευάσουμε το δείκτη χρησιμοποιήσαμε φαινολοφθαλεΐνη σε σκόνη 0.5g, 50 ml οινόπνευμα και 50 ml αφιονισμένο νερό. Η χρήση ενός μόνο δείκτη έχει περιορισμένες δυνατότητες, όσον αφορά την ακρίβεια στη μέτρηση του pH. Παρόλα αυτά, η χρήση περισσοτέρων δεικτών (ή ενός δείκτη σε συνδυασμό με άλλες μεθόδους) μπορεί να οδηγήσει σε ιδιαίτερα ακριβείς μετρήσεις, γι'αυτό και ο αρχικός σκοπός ήταν η τοποθέτηση 5 δεικτών στους 5 θαλάμους του τσίπ και στη συνέχεια η εισαγωγή της ουσίας που μας ενδιαφέρει. Δυστυχώς πέρα από την φαινολοφθαλεΐνη δεν έγινε εφικτή η εύρεση άλλων δεικτών, άμεσα έπρεπε να βρούμε μία λύση. Η φύση μας έδωσε τη σωτήρια λύση: το κόκκινο λάχανο.
Τελική ιδέα.
Αυτό που κάναμε τελικά ήταν να τοποθετήσουμε τις διάφορες ουσίες τριγύρω και τέλος να εισάγουμε το δείκτη κόκκινο λάχανο.
Η διαδικασία έγινε για δύο τσιπάκια, το ένα με βάθος κοπής 200μm και το άλλο με 150μm με αντίστοιχους όγκους σε κάθε θάλαμο 3.42mm^3 και 2.57mm^3 (0.003 mL=3μL). Η χάραξη και η κοπή έγινε με το λέιζερ του εργαστηρίου.
Και τα αντίστοιχα σχέδια στο solidworks:
Μετά την κοπή τα τεμάχια καθαρίστηκαν σε αυτή τη συσκευή που λειτουργεί με υπερήχους (sonicator)
:
Μετά το πείραμα και στις δύο περιπτώσεις μπορούσε να γίνει διάκριση των χρωμάτων με γυμνό μάτι.
Οι ουσίες που χρησιμοποιήσαμε είναι : χυμός λεμονιού, ξύδι, μαγειρική σόδα, σαπουνόνερο και καυστικό νάτριο ΝαΟΗ.
Τελικά πραγματοποιήσαμε τη διαδικασία χειροκίνητα. Με μία πιπέτα (2-20μL) γεμίσαμε τους θαλάμους με τα διαλύματα προς μελέτη και με μία σύριγγα εισάγαμε το δείκτη από τον κεντρικό θάλαμο.
Πλεονεκτήματα
Το βασικό τους πλεονέκτημα είναι προφανώς το μικροσκοπικό τους μέγεθος που τα κάνει να «προσεγγίζουν» μέχρι πρότινος απρόσιτα σημεία.
Το κύριο χαρακτηριστικό των συσκευών αυτών είναι ότι ενσωματώνουν μια ή περισσότερες λειτουργίες, που κανονικά γίνονται σε περιβάλλον εργαστηρίου, επάνω σε μια επίπεδη συσκευή πολύ μικρών διαστάσεων (chip). Οι συσκευές αυτές μάλιστα συχνά διαχειρίζονται μικροσκοπικές ροές ρευστών.